مع تزايد ذكاء الروبوتات الشبيهة بالبشر، وصغر حجمها، وقوتها، تطور الإدارة الحرارية من تقنية داعمة إلى أحد أهم تحديات التصميم.

تدمج الروبوتات الشبيهة بالبشر الحديثة معالجات الذكاء الاصطناعي، ووحدات معالجة الرسومات، ووحدات المعالجة العصبية، ومشغلات المحركات، والبطاريات، والمستشعرات، ووحدات التحكم المدمجة ضمن هياكل ميكانيكية مدمجة للغاية. يولد الاستدلال المستمر للذكاء الاصطناعي، والإدراك البصري، والتنقل باستخدام SLAM، والتحكم في الحركة حرارة كبيرة تؤثر بشكل مباشر على أداء الحوسبة، ودقة تحديد المواقع، وعمر البطارية، والموثوقية العامة للنظام.

بدون حل فعال للإدارة الحرارية، قد تؤدي الحرارة الزائدة إلى:

• اختناق معالج الذكاء الاصطناعي حرارياً
• ارتفاع درجة حرارة مشغل المحرك
• انحراف درجة حرارة المستشعر
• شيخوخة البطارية
• إيقاف تشغيل وحدة التحكم
• تقليل وقت تشغيل الروبوت

يشرح هذا المقال التحديات الحرارية التي تواجه الروبوتات الشبيهة بالبشر ويوضح كيف يمكن لمواد الواجهة الحرارية المتقدمة (TIMs) تحسين كفاءة التبريد والموثوقية على المدى الطويل بشكل كبير.

على عكس المعدات الصناعية التقليدية، تدمج الروبوتات الشبيهة بالبشر مكونات إلكترونية متعددة عالية الطاقة في هيكل مدمج مع تدفق هواء محدود.

تشمل مصادر الحرارة الرئيسية:

مع استمرار قدرة حوسبة الذكاء الاصطناعي في تجاوز 200 TOPS، تصبح الإدارة الحرارية ضرورية للحفاظ على التشغيل المستقر وتعظيم الأداء.

تولد معالجات الذكاء الاصطناعي الحديثة كثافة حرارية عالية للغاية أثناء مهام الإدراك والتخطيط واتخاذ القرار المستمرة.

يمكن أن يقلل الاختناق الحراري بشكل كبير من أداء حوسبة الذكاء الاصطناعي ويؤثر سلباً على استجابة الروبوت.

وسادات حرارية فائقة النعومة

الفوائد:

• موصلية حرارية ممتازة
• مقاومة حرارية منخفضة
• عزل كهربائي
• اتصال خالٍ من الإجهاد
• أداء موثوق على المدى الطويل

في أحد تطبيقات العملاء، انخفضت درجة حرارة المعالج من 98.5 درجة مئوية إلى 80 درجة مئوية، مما حقق انخفاضًا في درجة الحرارة بمقدار 18.5 درجة مئوية مع القضاء على الاختناق الحراري.

تعمل محركات المفاصل باستمرار في ظروف عزم دوران عالية.

تتعرض MOSFETs و IGBTs لارتفاع سريع في درجة الحرارة، مما يقلل من الكفاءة والموثوقية على المدى الطويل.

مواد تغيير الطور (PCM)

تشمل المزايا:

• مقاومة حرارية واجهة منخفضة للغاية
• امتصاص حرارة عابر ممتاز
• أداء مستقر تحت دورات حرارية متكررة

أظهرت نتائج التطبيق انخفاض درجات حرارة MOSFET من 112 درجة مئوية إلى 94 درجة مئوية، مما أدى إلى تمديد التشغيل المستمر بكامل الحمل إلى أكثر من ساعتين.

تتطلب أنظمة الرؤية، والمشفرات الدقيقة، والأيدي الروبوتية الماهرة استشعارًا دقيقًا للغاية.

قد تؤدي تقلبات درجة الحرارة إلى:

• انحراف المستشعر
• أخطاء في تحديد المواقع
• انخفاض دقة الحركة

جل حراري قابل للتوزيع

الفوائد:

• ملء فجوات ممتاز
• إجهاد ميكانيكي منخفض
• لا يوجد ضخ للخارج تحت الاهتزاز
• مناسب للتوزيع الآلي

تساعد المواد الهلامية الحرارية في الحفاظ على دقة المستشعر مع ضمان التشغيل الموثوق به تحت الاهتزاز المستمر.

تولد أنظمة البطاريات حرارة كبيرة أثناء الشحن والتفريغ.

تتطلب التفاوتات الهيكلية الكبيرة بين وحدات البطارية والمبيتات مواد واجهة حرارية قابلة للانضغاط بدرجة عالية.

وسادات حرارية عالية الضغط + جل حراري

تشمل المزايا:

• قدرة ملء فجوات كبيرة
• عزل كهربائي ممتاز
• تحسين التوحيد الحراري
• تحسين عمر البطارية

أظهر اختبار العملاء تحسنًا بنسبة تقريبًا 20% في دورة حياة البطارية.

تعمل وحدات التحكم في بيئات قاسية حيث يحدث الاهتزاز والصدمات وتغيرات درجة الحرارة في وقت واحد.

مركب تغليف حراري

الفوائد:

• تبديد الحرارة
• عزل كهربائي
• امتصاص الصدمات
• حماية البيئة
• موثوقية طويلة الأمد

تدمج مركبات التغليف الإدارة الحرارية مع الحماية البيئية، مما يحسن متانة وحدة التحكم بشكل كبير.

نفذ مطور رائد في مجال الذكاء الاصطناعي المجسد والروبوتات الشبيهة بالبشر حلاً مخصصًا للإدارة الحرارية يجمع بين الوسادات الحرارية والمواد الهلامية الحرارية ومواد تغيير الطور ومركبات التغليف الحراري.

أنتجت البنية الحرارية المحسنة تحسينات كبيرة:

مكنت هذه التحسينات من حوسبة الذكاء الاصطناعي المستقرة مع تمديد وقت تشغيل الروبوت وتعزيز الموثوقية العامة للنظام.

يعتمد اختيار المادة المناسبة على حجم الفجوة، ومتطلبات الموصلية الحرارية، والإجهاد الميكانيكي، ومقاومة الاهتزاز، والعزل الكهربائي.

تُستخدم الوسادات الحرارية فائقة النعومة ومواد تغيير الطور بشكل شائع لتقليل المقاومة الحرارية مع حماية حزم أشباه الموصلات الحساسة.

الجل الحراري مثالي للفجوات غير المنتظمة أو الصغيرة جدًا، بينما الوسادات الحرارية مناسبة بشكل أفضل للفجوات الأكبر التي تتطلب عزلًا كهربائيًا وتجميعًا سهلاً.

توفر مواد تغيير الطور مقاومة حرارية أقل، وتجميعًا أنظف، وموثوقية أفضل على المدى الطويل دون مشاكل الضخ للخارج.

نعم. من خلال تقليل فروق درجات الحرارة عبر خلايا البطارية، تساعد مواد الواجهة الحرارية في تحسين التوازن الحراري وإطالة دورة حياة البطارية.

تتطلب معظم إلكترونيات الروبوتات مواد واجهة حرارية معزولة كهربائيًا لمنع الدوائر القصيرة مع الحفاظ على نقل حرارة فعال.

مع استمرار الروبوتات الشبيهة بالبشر في دمج معالجات ذكاء اصطناعي أقوى، ومستشعرات متقدمة، وإلكترونيات طاقة عالية الكثافة، ستلعب الإدارة الحرارية دورًا متزايد الأهمية في الأداء العام للنظام.

تساعد مواد الواجهة الحرارية المتقدمة - بما في ذلك الوسادات الحرارية والمواد الهلامية الحرارية ومواد تغيير الطور ومركبات التغليف الحراري - في تقليل درجات حرارة المعالج، وتحسين كفاءة البطارية، وتعزيز موثوقية وحدة التحكم، وإطالة عمر خدمة الروبوت.

لم يعد حل الإدارة الحرارية المصمم بشكل صحيح اختياريًا؛ إنه تقنية تمكين رئيسية للجيل القادم من الذكاء الاصطناعي المجسد والروبوتات الذكية.